高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的路用性能研究

張繼承

（新鄉市公路管理局，河南 新鄉 453000）

1 引言

粉煤灰是火力發電廠的一種工業廢棄物，是磨細的煤粉燃燒后從煙道排出的廢渣，俗稱“飛灰”。當發電廠采用立式旋風爐時，需要在燃煤中加入一定比例的石灰石（一般為8～10%），共同磨細后噴入爐膛高溫燃燒，爐渣呈融熔狀態由爐底排出，而爐中排出的飛灰即為高鈣粉煤灰，它是CaO含量較高的粉煤灰。全國電廠每年都要排出大量的粉煤灰和高鈣粉煤灰，各大城市電廠中均有很大的儲量，其堆放占用了大量的土地資源。將這些粉煤灰廢棄物利用起來，修筑道路，不僅可以為道路建設提供建筑材料，減少取土毀地面積，還能減少工業廢料的堆放占地面積及對環境的污染，有利于環保。具有很大的經濟效益和社會效益。

目前，歐洲一些國家多把高鈣粉煤灰列入劣質粉煤灰而棄之不用，只有美國用它作為一種特殊礦物摻加劑，用于建筑物基礎和高速公路的結果回填材料。我國于1992年開始研究高鈣粉煤灰的開發利用，并取得了一定的經驗和效果。近年來，工程中多以石灰、水泥等與普通粉煤灰的混合料來作為公路的（底）基層材料，本文介紹高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的主要路用技術性能。

2 原材料性質

粉煤灰主要由玻璃質（非晶質）的空心球狀顆粒組成，其玻璃質含量占71%～88%。為了防止粉煤灰在空氣中揚塵，往往向干灰堆澆水或將粉煤灰排放在水池中，含水量較大，另外粉煤灰特有的結構不但使顆粒之間可以充水，而且顆粒本身的空洞含水，故粉煤灰的含水量變化幅度較大，一般為18%～87%。但其自身無持水能力，在空氣中很快風干。粉煤灰的玻璃質中空結構使得粉煤灰材料結構疏松，干容重較小（6.1～11.9kN/m3）。粉煤灰內聚力c值很小，自身難以成型。

高鈣粉煤灰的CaO含量較高，與普通粉煤灰同屬CaO-Al2O3-SiO2-H2O系統，其活性較高，遇水有自硬性，可以作為一種無機結合料使用。

高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的強度統計表

普通粉煤灰自身活性較低，但與高鈣粉煤灰混和后，高鈣粉煤灰能夠激發普通粉煤灰的活性，二者發生一系列的化學反應，使高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料形成較高的強度、剛度和水穩定性。

就化學組成的本質而言，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料和石灰粉煤灰基本相同，根據加固土原理[3]，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料加水拌和后，其中所含的CaO與微粒之間的水反應生成Ca(OH)2，Ca(OH)2水解電離使環境堿化，在堿性條件下粉煤灰混合料中的SiO2、Al2O3等物質緩慢溶解，高鈣粉煤灰與粉煤灰發生火山灰反應，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等膠凝物質。同時，高鈣粉煤灰中存在一定量的C3A和C3S，遇水生成CAH和CSH系化合物。

隨著各種化學反應的不斷深入和部分水分的散失，上述膠凝物質逐步結晶，轉化為更為穩定的晶體，同時，部分Ca(OH)2與混合料孔隙中的CO2反應生成晶態的CaCO3（方解石）。

這些晶體物質相互交織構成空間網狀結構，使高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料形成較高的強度、模量和水穩定性。本文在初步研究的基礎上，就幾種典型配比的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的路用性能進行試驗研究。

3 高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的抗壓強度

根據《公路無機結合料穩定材料試驗規程》（JTJ057-94）的相關方法，對不同配比的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料進行制件、養生，測得其各齡期浸水無側限抗壓強度試驗結果如表所示。

從表中可以看出，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的抗壓強度隨高鈣粉煤灰含量的增加而升高，但各配比下混合料的7天抗壓強度均大于 0.8MPa，借鑒《公路瀝青路面設計規范》（JTJ014-97）對石灰粉煤灰類公路基層材料的強度要求，這些配比的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料都滿足《規范》對公路（底）基層材料的強度要求，可以作為公路的（底）基層材料。

與其它半剛性材料相同，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的強度隨齡期而增長。

4 高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的水穩定性

高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的水穩定性由干濕循環試驗確定。即將試件標準養生28天（包括飽水24小時），自然風干48小時，然后飽水24小時，經過5次干濕循環后測定試件的殘余強度，并與正常養生43天的對比試件的強度相比較，其比值稱為水穩系數。試驗結果表明，各配比的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的水穩定系數均大于100%，即經干濕循環后試件強度反而提高，可見，高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料具有良好的水穩定性。干濕循環后試件的強度反而升高的主要原因是高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料的強度形成過程中，需要大量水的參與，循環過程中試件在水中的反復浸泡，有利于促進混合料中化學反應的進行。因此，應用高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料修筑公路基層時，一定要保證及時灑水養生，以利于其強度的形成。

5 結論

通過對高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料路用性能的系統試驗研究，可以得出以下結論：

(1)高鈣粉煤灰CaO含量較高（約20%），活性高，可作為低等無機結合料使用。

(2)高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料具有較高的強度、剛度，水穩定性好。

(3)配比為 20:80、25:75、30:70 的高鈣粉煤灰與粉煤灰混合料滿足公路對底基層和基層材料的技術要求，可以作為各級公路的底基層或基層；也可以作為公路的墊層或用于填筑路堤。

(4)高鈣粉煤灰和粉煤灰是工業廢棄物，價格低廉，用其修筑道路不僅可降低工程造價，還有利于環保，具有顯著的經濟效益和社會效益。

[1]龍正聰.粉煤灰在路面基層中的應用[J].湖南交通科技，2001年01期.

[2]趙晶，龔曉紅.高鈣粉煤灰的開發應用[J].中國建材，1995年10期.

[3]夏威.改性高鈣粉煤灰大摻量用于高性能混凝土的研究[A].全國高性能混凝土和礦物摻合料的研究與工程應用技術交流會論文集[C]，2006 年.